高炉冶炼过程的物理化学

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高炉内生成铁的原理是什么

高炉内生成铁的原理是什么高炉是一种用于冶炼铁的设备，其主要原理是利用还原剂将铁矿石内的氧化铁还原成金属铁，并与其他杂质和矿石反应生成熔融的铁水。

高炉内生成铁的过程可以分为三个主要阶段：预热阶段、还原阶段和熔化阶段。

1. 预热阶段首先，高炉内的煤气或其他燃料通过燃烧反应提供热量，将高炉内的温度升至约200以上。

这个温度足够让铁矿石中的冰水分解，并引发其他物质的分解和挥发，从而净化冶炼过程。

2. 还原阶段在预热阶段之后，高炉内引入煤气或焦炭作为还原剂，并将其燃烧。

还原剂中的一氧化碳（CO）与铁矿石中的氧化铁（Fe2O3）反应，生成二氧化碳（CO2）和金属铁（Fe），如下所示：3Fe2O3 + CO →2Fe3O4 + CO2Fe3O4 + CO →3FeO + CO2FeO + CO →Fe + CO2其中，FeO、Fe3O4及Fe分别表示不同程度的氧化铁。

在这个过程中，还原剂提供的一氧化碳会和氧化铁发生反应，将其中的氧还原掉，从而氧化铁被逐渐还原成金属铁。

在高炉内形成的CO2等废气会通过排烟系统排出。

3. 熔化阶段在还原过程中，金属铁会逐渐与其他杂质、矿石和渣球反应，形成熔融的铁水。

铁水会下沉并从高炉底部的出铁口流出，而留下的渣球则会从高炉顶部排出。

高炉内生成铁的原理涉及到多种物理和化学过程，其中还包括矿石的分解、还原反应、熔化和脱渣等。

为了保持高炉的有效工作，还需注意控制气氛、燃料的使用和废气处理等方面。

高炉内的反应过程是与温度、压力、矿石和还原剂的性质以及高炉结构等多个因素相关的复杂过程。

为了提高冶炼效率、降低成本和减少对环境的影响，工程师和研究人员一直在致力于优化高炉的设计和操作。

铁冶金学——第四章高炉内物理化学反应2

超过1.3左右时，熔化温度将急剧升高。依据对结晶过程的研究，如图6-3所示，碱度从0.7到1.3，MgO<20%的成分范围是黄长石（Ca2MgSi2O7与Ca2Al2SiO7的固熔体），镁蔷薇辉石（Ca3MgSi2O8）和钙镁橄榄石（Ca2MgSiO4）的初晶区。这是最适宜于选用的高炉渣区域。
4.1 高炉炼铁还原热力学
4.3 造渣与脱硫
4.1 高炉炼铁还原热力学
4.3.3 高炉渣组成和性质及其对冶炼的影响一、高炉渣的组成
高炉中凡没有或不能进入生铁的熔融物质都全部转入炉渣。
由表6-1可见，高炉渣主要由SiO2、Al2O3、CaO、MgO四种组分组成。在用普通矿冶炼炼钢生铁的情况下，它们之和
4.3 造渣与脱硫
4.1 高炉炼铁还原热力学
三、炉渣性质及其对冶炼的影响炉渣的性质及其化学成分密切相关，其中碱度对渣的性质有很大影响。直接影响高炉冶炼的炉渣性质有熔化温度、熔化性温度、粘度、稳定性和脱硫性能等。一般希望高炉渣具有适宜的熔化性，较小的粘度，良好的稳定性和较高的脱硫能力。炉渣的这些性质在冶金热力学和动力学中已经讲过了，这里着重讨论它们对高炉冶炼的影响。
质基本稳定，变化不大。经风口区再氧化的铁及其它元素
在这里又可能还原到铁水中，使渣中FeO含量降低。铁水穿过渣层和渣铁界面发生的脱硫反应使渣中CaS有所增加。一般所说的高炉渣系指终渣。终渣对控制生铁成分，保证生
铁质量有重要影响。终渣应是预期的理想炉渣。若有不当，
应在实践中通过配料调整，使其达到适宜成分。
4.3 造渣与脱硫
4.1 高炉炼铁还原热力学
4.3.2 高炉造渣过程和软熔带的形成现代高炉多用熔剂性熟料冶炼，基本上不直接加入熔剂。由于在烧结（或球团）生产过程中熔剂已事先矿化成渣，这就大大改善了高内造渣过程。高炉渣按其形成过程有初渣、中间渣和终渣之分。初渣是指在高炉的适当温度区域（软熔带，图6-2）刚开始出现的液相炉渣；中间渣是指在处于滴落过程中成分、温度在不断变化的炉渣（国外称炉腹渣）；终渣是指已经下达炉缸，并周期的从炉内排出的炉渣。

炼铁工艺05高炉冶炼过程的物理化学

铁氧化物的分解压力比其它一些氧化物大，即 FeO 比 MnO 和 Si02 易于还原。铁的高价氧化物分解压力更大，如 Fe203 在 1375℃时的分解压力为 0.02lMPa，在此温度下。即使无还原剂，Fe203 也能热分解，生成 Fe304；而 Fe304 与 FeO 的分解压力比 Fe203 小得多，FeO 要达到 3487℃时才能分解，高炉内达不到这样高的温度，因此在高炉内不能靠加热分解以获得铁的低价氧化物直至金属铁，而需借助还原剂还原。
高炉冶炼主要是以 CO 和 C 作为还原剂，还原区域的温度一般不大于 1500℃，在此条件下，CaO、A1203 和 MgO 在高炉冶炼过程中不可能被还原。
氧化物中的金属（或非金属）和氧亲和力的大小，也可用氧化物的分解压力大小来表示，即氧化物的分解压力越小，元素和氧的亲和力越大，该氧化物越稳定。
用 H2 还原铁氧化物高炉在不喷吹燃料条件下，煤气中 H2 量一般在 1.8-2.5% 范围内，主要是鼓风中水分被 C 还原产生的。在喷吹煤粉、天然气等燃料时，煤气中 H2 浓度显著增加。H2 和氧的亲和力很强，可夺取铁氧化物中的氧而作为还原剂。
所以固体碳还原铁氧化物反应，只表示最终结果，反应的实质仍是 CO 在起作用，最终消耗的是碳素。
反应 FeO 十 C＝Fe 十 CO 的进行，决定于 C02 十 C＝2CO 反应的速度。实验指出：C02 与 C 作用达到平衡，其速度是很慢的。650 ℃时，大约需要 12h；800 ℃ 时需要 9h；温度愈低，用固体碳进行还原愈难。由于高炉内煤气流速很高，在温度大于 700-730℃时，C02 十 C＝2CO 反应有可能达到平衡，即 FeO 可用 C 进行还原。但因碳的气化反应速度很慢，C 还原 FeO 的作用很小。只有在 800～850 ℃ 时，FeO 被 C 还原才较明显；激烈地进行反应则在 1100℃以上。

高炉冶炼的理化过程

高炉冶炼的理化过程高炉冶炼是一种重要的冶金工艺，用于将铁矿石转化为生铁。

在高炉中，铁矿石经过一系列的物理和化学反应，最终得到生铁。

高炉冶炼的过程可以分为三个阶段：预处理阶段、还原阶段和熔化阶段。

首先是预处理阶段。

在这个阶段，铁矿石会经过破碎、筛分和烘干等处理。

破碎是为了减小矿石的颗粒大小，使其更容易进行下一步的处理。

筛分是将破碎后的矿石按照颗粒大小进行分类，以便更好地控制冶炼过程。

烘干是为了去除矿石中的水分，以防止水分对冶炼过程的干扰。

接下来是还原阶段。

在高炉中，矿石中的铁氧化物需要被还原成金属铁。

还原反应是高炉冶炼中最重要的反应之一。

在高炉内，由于高温和还原剂（如焦炭）的作用，铁氧化物中的氧被还原成气体，而铁被还原成金属形态。

这个过程中产生的气体主要是一氧化碳和二氧化碳，它们在高炉中的上升过程中带动了矿石和焦炭的下降，形成了高炉的逆流运动。

最后是熔化阶段。

在还原阶段之后，金属铁和熔渣混合物会下降到高炉的下部。

在下部，金属铁会逐渐熔化，并与熔渣分离。

熔渣是由矿石中的非金属成分和冶炼过程中添加的石灰石等物质组成的。

熔渣的主要作用是吸收和分离金属铁中的杂质，使得最终得到的生铁质量更纯净。

在熔化阶段，高炉内部温度极高，达到了1500摄氏度以上，这使得金属铁能够熔化，而熔渣则保持在液态状态。

总结起来，高炉冶炼的理化过程包括预处理、还原和熔化三个阶段。

通过这些过程，铁矿石中的铁氧化物被还原成金属铁，并与熔渣分离，最终得到生铁。

高炉冶炼是一种复杂的物理和化学过程，需要严格控制温度、压力和流动等参数，以确保冶炼过程的顺利进行。

这种冶炼工艺在现代工业中仍然具有重要的地位，为人们提供了大量的铁合金和其他铁制品。

2.高炉炼铁过程的物理化学变化2010

实际rd更小，0.4－0.6 rd↓0.1,焦比50Kg↓ 措施：高风温，喷吹，精料
不同rd下还原剂的耗C量
2.2.3 气固相还原反应的动力学
研究目的发展间接还原，提高冶炼效率，降低燃料消耗研究历史二部理论
1926年苏联学者Байков提出： MO＝M+1/2O2 O2+CO(或H2)＝CO2(或H2O) 存在的问题：
分解
结晶水强烈分解温度：400℃～600℃。影响：一般不影响高炉过程，有20％可能进入高温区（800℃） H2O+C＝H 2+CO
碳酸盐
来源： MnCO3，FeCO3，MgCO3，CaCO3 影响：MnCO3，FeCO3，MgCO3分解对高炉影响不大 CaCO350％～70％进入高温区分解，耗碳 CO2十C＝2CO
1—4Fe3O4十O2＝6 Fe2O3 2—6 FeO十O2＝2 Fe3O4 3—2 CO十O2＝2 CO2 4—2Fe十O2＝2FeO 5一C十O2＝CO2 6—2C十O2＝2CO 7—2H2十O2＝2H2O 8—3/2Fe十O2＝1/2 Fe3O4 Fe2O3最不稳定， Fe3O4次之，FeO最稳定小于950K时，还原能力CO＞H2＞C，高于此温度情况相反标准状态下，FeO不能被CO和H2还原
2.2 还原过程
2.2.1 铁的氧化物及其特性
Fe: 温度911℃:α -Fe 体心立方温度>911℃ β -Fe 面心立方(不锈钢) γ -Fe 体心立方浮土体：Fe++缺位的晶体, 以 FexO表示, O=23.16－ 25.60%, 温度＜570℃时， FexO将分解为Fe3O4＋Fe Fe3O4: 理论含O量27.64%, 温度高于800℃时，也有溶解O2，或Fe++缺位的现象。 Fe2O3 理论含O量为30.06%, ＞1457℃时 , Fe2O3→ Fe3O4十O2 (体积增大)

一炉料在炉内的物理化学变化 §2.5 高炉冶炼基本原理

（4）喷吹燃料后，喷吹料柱压差普遍升高，随喷吹量的增加而增加，下部压差增加较多。
（5）喷吹后生铁含硫量降低，质量提高。
高炉喷吹燃料后，炉渣脱硫能力提高，允许适当降低生铁含硅量。因此，喷吹更适于冶炼低硫低硅生铁。
5 富氧鼓风
富氧鼓风工艺流程 1—冷风管；2—流量孔板；3—氧气插入管；4、8—压力表；5、10—截止阀； 6—氧气流量孔板；7—电磁快速切断阀；9—电动流量调节阀；11—放风阀
的F大于零。
显然，某处的F=0时，则该处的炉料处于悬料状态。
因此，炉料不顺行的现象，不仅可能在高炉上部或下部出现，也可能在某一截面上的某一区域出现。
通常情况下，当炉型、原料和操作操作制度一定时，Q有效变化不大，因此，F的大小主要受到△P的影响。
△P是煤气流通过高炉料柱时的压力损失，也即克服摩擦阻力和局部阻力而造成的压力损失，可近似地看作上升煤气对下降炉料的浮力。
焦炭作回旋运动；
主要发生碳素的燃烧，产生炉缸煤气，燃烧
释放的热量由炉缸煤气传递。
（5）炉缸区炉缸区内汇集渣铁，进行最后的渣铁反应。
七炉料下降条件
在高炉冶炼过程中，炉料在炉内的运动是一个固体散状料的缓慢移动床。炉料均匀而有节奏地顺利下降，是高炉顺行的重要标志。
炉料下降的必要条件之一是高炉内必须不断产生使其下降的自由空间。
量增多，气体粘度减小，煤气渗透能力提高。
（3）炉缸冷化，顶温升高，有热滞后现象。
炉缸冷化是指风口前理论燃烧温度（风口前燃料燃烧产生的热量全部用于加热燃烧产物所
能达到的温度）降低。
热滞后现象是指高炉增加喷吹量后，由于
入炉总燃料量增加，炉温本应升高。但在喷吹之
初，炉缸温度不升反而暂时下降，过一段时间后，炉缸温度才上升的一种现象。

炉料在高炉中的化学反应

【本章学习要点】本章学习炉料在高炉内的物理化学变化,高炉内铁氧化物的还原反应，高炉内非铁元素的还原，生铁的生成与渗碳过程，高炉炉渣的成分与作用，硫的分布情况，炉渣脱硫反应及其条件，高炉内燃烧反应的作用，影响燃烧带大小的因素，炉料和煤气运动情况。

第一节炉料在炉内的物理化学变化炉料从炉顶装入高炉后，自上而下运动。

被上升的煤气流加热，发生了吸附水的蒸发、结晶水的分解、碳酸盐的分解、焦炭中挥发分的挥发等反应。

图3-1 炉内的状况一、高炉炉内的状况通过国内外高炉解剖研究得到如图3—1所示的典型炉内状况。

按炉料物理状态，高炉内大致可分为五个区域或称五个带：1)炉料仍保持装料前块状状态的块状带；2)矿石从开始软化到完全软化的软熔带；3)已熔化的铁水和炉渣沿焦炭之间的缝隙下降的滴落带；4)由于鼓风动能的作用，焦炭作回旋运动的风口带；5)风口以下，贮存渣铁完成必要渣铁反应的渣铁带。

高炉解剖肯定了软熔带的存在。

软熔带的形状和位置对高炉内的热交换，还原过程和透气性有着极大的影响。

二、水分的蒸发与结晶水的分解在高炉炉料中，水以吸附水与结晶水两种形式存在。

1．吸附水吸附水也称物理水，以游离状态存在于炉料中。

常压操作时，吸附水一般在105℃以下即蒸发，高炉炉顶温度常在250℃左右，炉内煤气流速很快，因此吸附水在高炉上部就会蒸发完。

蒸发时消耗的热量是高炉煤气的余热。

所以不会增加焦炭的消耗。

相反，由于吸附水蒸发吸热，使煤气的温度降低，体积缩小，煤气流速降低，一方面减少了炉尘的吹出量，另一方面对装料设备和炉顶金属结构的维护还带来好处。

2．结晶水结晶水也称化合水，以化合物形态存在于炉料中。

高炉炉料中的结晶水一般存在于褐铁矿(nFe203·mH20)和高岭土(A123·2Si02·2H20)中，结晶水在高炉内大量分解的温度在400～600℃，分解反应如下：这些反应都是吸热反应，消耗高炉内的热量。

三、挥发物的挥发挥发物的挥发，包括燃料挥发物的挥发和高炉内其他物质的挥发。

4 高炉冶炼过程的物理化学

19
H2 ：
3 Fe2O3 + H2= 2 Fe3O4 + H2O Fe3O4 + H2= 3 FeO + H2O FeO + H2= Fe + H2O 1/4 Fe3O4 + H2= 3/4 Fe + H2O
2009-3-11 北京科技大学吴胜利教授
平衡常数
Kp = %CO2 ⁄ %CO K’p = %H2O ⁄ %H2 ∵ %CO2 + %CO = 100
2009-3-11
北京科技大的氧化物及其特征
在较低温度下极易还原 Fe2O3 ⇒ Fe3O4 ，体积膨胀
Fe2O3⎯ 六方晶系，含氧量30.06% Fe3O4⎯ 立方晶系，含氧量27.64%
FexO (浮氏体) ⎯ 立方晶系，x=0.87~0.95，（含氧量 23.17~24.77%）－－－－为方便起见，常简写为FeO 低温下，FexO不能稳定存在，温度<570℃时，分解: ⇒
碳酸钙分解对高炉冶炼的影响
大约有50%左右的CaCO3 在1000℃以上的高温区发生分解。 CaCO3高温分解产生的CO2在炉内与C会发生碳素熔损反应: CO2+C==2CO 不利影响：分解反应本身要消耗高炉内的热量分解反应放出的CO2冲淡还原性气体的浓度与碳反应强烈吸热，消耗大量高温区宝贵热量消耗固体碳素C，减少还原和热量作用的碳素破坏焦炭强度，使得焦炭料柱骨架作用减弱
2009-3-11 北京科技大学吴胜利教授 14
解决方案：
3.2 还原过程
3.2.1 铁的氧化物及其特征 3.2.2 铁氧化物还原的热力学 3.2.3 气固相还原反应动力学 3.2.4 其它(非铁)元素的还原 3.2.5 炉缸中液态渣铁间的氧化还原反应:耦合反应 3.2.6 渗碳反应

炼铁学高炉冶炼过程的物理化学

炼铁学——高炉冶炼过程的物理化学
炼铁学——高炉冶炼过程的物理化学
3.1.3 碳酸盐分解
当炉料中单独加入熔剂（石灰石或白云石）当炉料中单独加入熔剂（石灰石或白云石）或炉料中尚有其他类型的碳酸盐时，随着温度的升高，当其分压超过炉内气氛的CO 的碳酸盐时，随着温度的升高，当其分压pCO2超过炉内气氛的 2分压时，碳酸盐开始分解。碳酸盐开始分解。 FeCO3、MnCO3、MgCO3分解较容易，在炉内较高的位置即可开始。分解较容易，在炉内较高的位置即可开始。以上三种碳酸盐的分解反应发生在低温区，对冶炼过程无大影响。以上三种碳酸盐的分解反应发生在低温区，对冶炼过程无大影响。但石灰石（CaCO3）开始分解的温度高达开始分解的温度高达700℃，且其分解速度受熔剂但石灰石开始分解的温度高达且其分解速度受熔剂粒度的影响较大。目前石灰石粒度多为粒度的影响较大。目前石灰石粒度多为25～40mm，有相当一部分有相当一部分 CaCO3进入进入900℃以上的高温区后才发生分解此时反应产物此时反应产物CO2会与 ℃以上的高温区后才发生分解。此时反应产物会与固体碳发生碳素溶解损失反应：固体碳发生碳素溶解损失反应： CO2＋C＝ 2CO
炼铁学——高炉冶炼过程的物理化学
该反应吸收大量热量，并消耗碳素，对高炉能量消耗不利。该反应吸收大量热量，并消耗碳素，对高炉能量消耗不利。计算中一般取石灰石在高温区分解的部分占50～70％。般取石灰石在高温区分解的部分占炉料中碳酸盐来源：生熔剂石灰石白云石)、石灰石、炉料中碳酸盐来源：生熔剂(石灰石、白云石、天然块矿碳酸盐分解反应：碳酸盐分解反应： FeCO3= FeO+ CO2 MnCO3= MnO+ CO2 MgCO3= MgO+ CO2 CaCO3= CaO+ CO2 碳酸盐分解条件开始分解：分解压) 炉内CO 分压)⇐⇒T开开始分解：Pco2(分解压 ≥Pco2(炉内 2分压分解压炉内化学沸腾：分解压) 总炉内总压炉内总压)⇐⇒T沸化学沸腾：Pco2(分解压 ≥P总(炉内总压分解压

高炉炼铁原理

高炉炼铁原理
高炉炼铁是指利用高炉进行铁矿石的还原冶炼过程，是现代钢铁工业中最主要
的生产方式之一。

高炉炼铁原理涉及物理、化学等多个学科领域，下面将对高炉炼铁原理进行详细介绍。

首先，高炉炼铁原理的核心是矿石还原。

在高炉内，矿石经过还原反应，将铁
矿石中的氧化铁还原成铁。

高炉内的还原反应主要是由煤气和空气共同作用完成的。

煤气中的一氧化碳和二氧化碳在高炉内与铁矿石中的氧化铁发生反应，从而将氧化铁还原成铁。

这是高炉炼铁原理中最基本的反应过程。

其次，高炉炼铁原理还涉及到熔融和渗透。

在高炉内，通过高温燃烧和还原反应，铁矿石中的铁被还原出来，并与熔融的渣相分离。

熔融的铁和渣分别沉积在高炉的不同位置，形成铁水和渣铁。

同时，炉料中的其他杂质也会在炉渣中得到排除，从而得到较为纯净的铁水。

另外，高炉炼铁原理还包括炉温控制和炉料结构。

高炉内的炉温对于炼铁过程
至关重要，合适的炉温可以促进还原反应的进行，同时也有利于熔融和渗透的发生。

此外，高炉内的炉料结构也会影响炼铁的效果，合理的炉料结构可以提高高炉的生产效率和产品质量。

最后，高炉炼铁原理还与炉气的利用息息相关。

在高炉炼铁过程中，产生大量
的炉石煤气，这些煤气中含有大量的一氧化碳和氢气，可以作为燃料或还原剂用于其他工业生产过程中，实现资源的综合利用。

总之，高炉炼铁原理是一个复杂的物理化学过程，涉及到多个方面的知识。

通
过对高炉炼铁原理的深入了解，可以更好地指导高炉生产实践，提高炼铁效率和产品质量，推动钢铁工业的发展。

第一章-高炉冶炼过程的物理化学

500~700℃。而MnO与FeO 相比，更难还原，在高炉内无法
由间接还原完成，而只能为直接还原。
（MnO）+ C = [Mn] + CO ΔG0=69050－50.20T LMn = ([M Mn% n% O]) AKMn(Mn)O
MnO的还原是强吸热反应，冶炼锰铁的焦比一般为 1400~2000kg／t-p。
MO=M+1/2 O2 第二步：还原剂与氧结合
（Ⅰ）
CO（或H2）+ 1/2 O2=CO2（或H2O）（Ⅱ）
两步反应理论存在的问题！！！
（1）Ⅱ步反应为均相燃烧反应→速度很快；Ⅰ步反应（氧化物分解反应）涉及传热、扩散等环节→速度慢。总反应速度由Ⅰ步决定，但实际反应速度＞＞Ⅰ步反应速度。
（2）由Ⅰ反应可知，分解压（PO2)越大，反应速度越快，如MnO2的分解压是Mn2O3的3000倍，是Mn3O4的1014倍，但是这些氧化物的还原实验表明：还原速率几乎相等。
Fe2O3
还原中的赤铁矿球
Fe
Fe
FeO
Fe3O4
还原反应的分类
间接还原反应
定义：以CO或H2为还原剂，产物为CO2或
H2O（水蒸气）的反应。
直接还原反应
定义：高炉内消耗固体还原剂C的还原反
应，产物为CO气体。
用CO、H2还原（间接还原反应）
平衡常数
所以，平衡气相中%CO和%H2也仅是温度的函数，作平衡气相中%CO-T或% H2-T关系图，得“叉子曲线” 。
P → Fe2P、Fe3P
高炉内有利于P还原的条件
① SiO2的存在，可促进P的还原。 ② 从3CaO ·P2O5中置换出的P2O5易于挥发（300℃升
华），与C相遇而被还原。 ③ [ P]可与[Fe]结合成稳定的化合物[Fe2P]、[Fe3P]。 ④ 高炉内的强还原气氛，利于P的还原。

第二章高炉冶炼原理

第一节炉料在炉内的物理化学变化炉料从炉顶装入高炉后，自上而下运动。

被上升的煤气流加热，发生了吸附水的蒸发、结晶水的分解、碳酸盐的分解、焦炭中挥发分的挥发等反应。

图3-1 炉内的状况一、高炉炉内的状况通过国内外高炉解剖研究得到如图3—1所示的典型炉内状况。

高炉解剖肯定了软熔带的存在。

软熔带的形状和位置对高炉内的热交换，还原过程和透气性有着极大的影响。

二、水分的蒸发与结晶水的分解在高炉炉料中，水以吸附水与结晶水两种形式存在。

1．吸附水吸附水也称物理水，以游离状态存在于炉料中。

常压操作时，吸附水一般在105℃以下即蒸发，高炉炉顶温度常在250℃左右，炉内煤气流速很快，因此吸附水在高炉上部就会蒸发完。

蒸发时消耗的热量是高炉煤气的余热。

所以不会增加焦炭的消耗。

2．结晶水结晶水也称化合水，以化合物形态存在于炉料中。

高炉炉料中的结晶水一般存在于褐铁矿(nFe203·mH20)和高岭土(A1203·2Si02·2H20)中，结晶水在高炉内大量分解的温度在400～600℃，分解反应如下：这些反应都是吸热反应，消耗高炉内的热量。

三、挥发物的挥发挥发物的挥发，包括燃料挥发物的挥发和高炉内其他物质的挥发。

铁冶金学——第四章高炉内物理化学反应1

4.1.1 氧化物还原的一般原理
4.1 高炉炼铁还原热力学
某物质与氧亲和力的大小，可用该物质氧化物的标准生成自由能衡量。氧化物标准生成自由能越小，说明该物质与氧亲合力小，氧化物稳定，易还原，反之则相反。所以还原反应的必备条件是还原剂氧化产物的标准生成自由能小于金属氧化物的标准生成自由能，即：
4.1.2 铁氧化物的还原的一般规律
但在t＜570℃时，还原顺序不经FeO阶段，而按第二种方法进行，即：
Fe2O3→Fe3O4→Fe。
因为570℃以下，反应 4FeO（s）=Fe3O4（s）+Fe（s）
的ΔGθ为负值，FeO不能稳定存在而转变成Fe3O4和Fe。
4.1 高炉炼铁原热力学
4.1.2 铁氧化物的还原的一般规律
4.1 高炉炼铁还原热力学
4.1.2 铁氧化物的还原的一般规律
并非所有进入生铁中的都从自由的铁氧化物中还原，其中有一部分是同铁氧化物呈结合状态的化学化合物（如 2FeO·SiO2、FeO·TiO2）中还原的，这种还原比较困难。有的炉料中的铁不以氧化物形态存在（如FeS），但它们在高炉内会转变成氧化物而得到还原。
4.1.1 氧化物还原的一般原理
4.1 高炉炼铁还原热力学
这是一个兼有还原和氧化的综合反应。对金属氧化物而言被还原为金属，而对还原剂则是被氧化。
哪些物质可以充当还原剂夺取金属氧化物中的氧，决定于它们与氧的化学亲和力。凡是与氧亲和力比金属元素Me的亲和力大的物质，都可以做为该金属氧化物的还原剂。还原剂与氧的亲和力越大，夺取氧的能力越强，还原能力越强。
4.1.1 氧化物还原的一般原理
4.1 高炉炼铁还原热力学
冶金还原反应就是用还原剂夺取金属氧化物中的氧，使之还原成为金属单质或其低价氧化物的过程。对金属氧化物的还原反应可按下面通式表示：

钢铁冶金第一章

A水渣：水渣是良好的水泥原料和建筑材料。
B渣棉：作绝热材料，用于建筑业和生产中。
C干渣块：代替天然矿石做建筑材料或铺路用。
(3)高炉煤气。高炉煤气可作燃料用。除高炉热风炉消耗一部分外，其余可供动力、烧结、炼钢、炼焦、轧钢均热炉等使用。
第二章
2-1高炉常用铁矿石有哪几种，各有什么特点？
答：高炉炼铁使用的铁矿石分为赤铁矿（红矿）Fe2O3、磁铁矿（黑矿）Fe3O4、褐铁矿Fe2O3•nH2O和菱铁矿FeCO3。
2-6烧结与球团有哪些区别？
答：(1)、用料粒度差别，粒度越细，不利于烧结，而成球性越好，球团强度越高；
（2）、成品矿的形状不同。烧结矿是形状不规则的多孔质块矿，而球团矿是形状规则的10～25mm的球球团矿较烧结矿粒度均匀，微气孔多，还原性好，强度高，且易于贮存，有利于强化高炉生产；
（3）、团结成块的机理不同。球团主要靠固相，少量液相为辅；烧结主要是液相固结。；
3休风率:高炉休风停产时间占规定日历作业时间的百分数。
规定日历作业时间是指日历时间减去计划大、中修时间和封炉时
间。
以上三个指标反映高炉生产率、作业率。高炉有效容积利用系数和
冶炼强度越高，休风率越低，表示高炉越高产。
其他
焦比:冶炼It生铁所需要的干焦量K=Q/P
生铁合格率:化学成分符合国家标准的合格生铁量占高炉总产铁量的百分数
统有机地协调联合工作。
1-4高炉送风系统的主要作用是什么？
答：保证连续、可靠地供给高炉冶炼所需数量和足够温度的热风
1-5高炉生产有哪些产品和副产品，各有何用途？
答：高炉产品：生铁
高炉生铁一般分三类：
1.供炼钢用的炼钢生铁；
2.供铸造机件和工具用的铸造铁（包括球墨铸铁）

高炉内的物理化学反应

第一节炉料在炉内的物理化学变化炉料从炉顶装入高炉后，自上而下运动。

被上升的煤气流加热，发生了吸附水的蒸发、结晶水的分解、碳酸盐的分解、焦炭中挥发分的挥发等反应。

图3-1 炉内的状况一、高炉炉内的状况通过国内外高炉解剖研究得到如图3—1所示的典型炉内状况。

高炉解剖肯定了软熔带的存在。

软熔带的形状和位置对高炉内的热交换，还原过程和透气性有着极大的影响。

二、水分的蒸发与结晶水的分解在高炉炉料中，水以吸附水与结晶水两种形式存在。

1．吸附水吸附水也称物理水，以游离状态存在于炉料中。

常压操作时，吸附水一般在105℃以下即蒸发，高炉炉顶温度常在250℃左右，炉内煤气流速很快，因此吸附水在高炉上部就会蒸发完。

蒸发时消耗的热量是高炉煤气的余热。

所以不会增加焦炭的消耗。

2．结晶水结晶水也称化合水，以化合物形态存在于炉料中。

三、挥发物的挥发挥发物的挥发，包括燃料挥发物的挥发和高炉内其他物质的挥发。

高炉冶炼的炉渣与铁水

高炉冶炼的炉渣与铁水
汇报人：可编辑 2024-01-06
目录
CONTENTS
• 高炉冶炼的基本概念 • 炉渣的形成与作用 • 铁水的形成与成分 • 炉渣与铁水的关系 • 高炉冶炼的环保问题
01 高炉冶炼的基本概念
高炉冶炼的定义
定义
高炉冶炼是一种将铁矿石还原成液态生铁的冶金过程，通过在高温下与碳反应，将铁矿石中的铁氧化物还原成铁。
铁水中还含有碳、硅、锰、磷、硫等元素，这些元素来自铁矿石和焦炭。
铁水的质量
铁水的质量主要取决于其成分，特别是碳、磷、硫的含量。
碳含量过高会导致生铁脆性增加，磷含量过高会导致生铁冷脆性增加，硫含量过高会导致生铁热
脆性增加。
因此，控制铁水中各元素的含量对于生产高质量的生铁和钢材至
关重要。
高炉冶炼的过程
过程
高炉冶炼过程包括矿石的破碎、筛分、混合与运输，焦炭的准备与运输，以及高炉的装料、送风、熔化、渣铁分离与生铁排出等步骤。
说明
该过程涉及多个环节和复杂的工艺控制，以确保最终生铁的质量和产量。
02 炉渣的形成与作用
炉渣的形成
炉渣的形成是由于矿石、溶剂和燃料在高温下熔化后与熔融的铁水相互作用而产生的。
在高炉冶炼过程中，矿石中的脉石和焦炭中的灰分在高温下熔化，与铁水中的杂质结合形成炉渣。
炉渣的形成是一个复杂的物理化学过程，涉及到多种化学反应和相变。
炉渣的成分
炉渣的主要成分是硅酸盐矿物，如硅酸钙和硅酸亚铁，以及铝酸
盐矿物。
此外，炉渣中还含有一定量的铁、锰、钙、镁等元素，以及少量
的磷、硫等杂质元素。
04 炉渣与铁水的关系
炉渣对铁水的影响

高炉炼钢原理

高炉炼钢原理一、引言高炉炼钢是现代钢铁工业的核心环节，其历史可追溯至数千年前。

高炉作为一种重要的冶金设备，主要用于将铁矿石还原成生铁，并进一步炼制成钢。

本文将详细阐述高炉炼钢的基本原理、工艺流程、关键设备以及环保措施，以便读者全面了解这一传统而现代的炼钢方法。

二、高炉炼钢的基本原理高炉炼钢的基本原理是在高温下，利用还原剂（主要是焦炭）将铁矿石中的氧去除，从而得到生铁。

生铁再经过进一步处理，如炼钢炉中的氧化和精炼，最终得到所需的钢材。

高炉炼钢过程中涉及的主要化学反应包括：碳的燃烧、铁的还原和渣的形成。

1. 碳的燃烧在高炉内，焦炭与鼓入的高炉煤气（主要成分为氧气、氮气和二氧化碳）中的氧气发生燃烧反应，生成二氧化碳并放出大量的热量。

这些热量为高炉提供了还原铁矿石所需的温度。

2. 铁的还原在高温下，焦炭中的碳与铁矿石中的氧发生还原反应，生成二氧化碳和金属铁。

这一过程中，铁矿石中的铁氧化物被还原成金属铁，而焦炭则作为还原剂被消耗。

3. 渣的形成高炉炼钢过程中，除了金属铁外，还会产生一些无法还原的氧化物和其他杂质。

这些物质与焦炭中的灰分、熔剂（如石灰石、白云石等）结合，形成炉渣。

炉渣具有较低的密度，因此浮在铁水上面，便于从高炉中排出。

三、高炉炼钢的工艺流程高炉炼钢的工艺流程主要包括装料、鼓风、熔炼、出铁和出渣等环节。

1. 装料将铁矿石、焦炭和熔剂按一定比例混合后，从高炉顶部装入炉内。

为保证高炉的连续生产，装料过程需要自动化和精确控制。

2. 鼓风从高炉底部鼓入预热后的高炉煤气，为高炉提供氧气和热量，促进碳的燃烧和铁的还原反应进行。

鼓风参数（如风量、风温等）需要根据高炉的实际状况进行调整和优化。

3. 熔炼在高温和还原气氛下，铁矿石被还原成金属铁，并与炉渣分离。

熔炼过程中需要保持高炉内部的稳定和热平衡，以确保炉况良好和高炉的顺行。

4. 出铁当炉内积累了一定量的铁水后，通过出铁口将其排出。

出铁过程中需要注意控制铁水的温度和成分，以保证产品质量和生产安全。

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